[圖]空間站實驗超臨界水技術:沒有火焰的燃燒

2020-11-25 cnBeta

北京時間1月16日消息，據美國宇航局網站報導，當消防隊員們試圖撲滅火焰時，他們會用水槍。然而國際空間站上的太空人們卻正在進行著一項完全相反的實驗——他們嘗試用水來點火，而不是滅火。美國宇航局設在俄亥俄州的格林研究中心研究員麥克·希克斯(Mike Hicks)表示：「我們將其稱作超臨界水，它擁有一些非常不同尋常的特點。」

當消防隊員們試圖撲滅火焰時，他們會用水槍。然而國際空間站上的太空人們卻正在進行著一項完全相反的實驗——他們嘗試用水來點火，而不是滅火

這是國際空間站上開展超臨界水實驗的有關設備

當將壓強增加到217個大氣壓並同時加熱至373攝氏度時，水便會達到超臨界態。當水超過所謂超臨界點時，普通的H2O分子會轉變為一種奇異的狀態，它不是固態，不是液態也不是氣態，它更像是某種「液體般的氣體」。希克斯表示：「當超臨界水與有機物混合，就會發生化學反應——氧化，類似一種沒有火焰的燃燒過程。」

這種特性有什麼用呢？當你想處理掉某些討厭的東西的時候，比如家裡的垃圾，你就會想到它的好處。擁擠繁忙的大城市，農場，海上的巨輪，還有空間中的載人飛船，這些特殊的地方則更加需要這項技術帶來的便利。

希克斯表示：「當我們將加水的廢棄物加溫加壓至臨界點以上，超臨界水就會打斷這些碳氫化合物的分子鏈。隨後它們便與氧氣發生反應。」換句話說，這些黏糊糊的垃圾「燃燒」起來了。他說「這是處理廢棄物相對較為潔淨的方式，其產物只有純水和二氧化碳氣體，而傳統的焚燒處理方式則會產生很多有害物質和氣體，對環境造成危害。」

但這項技術與國際空間站之間又是什麼關係呢？希克斯解釋說：「國際空間站提供了一個開展微重力條件下超臨界水實驗的理想環境。」

超臨界水研究中的一個問題就是鹽分的處理。在臨界點之上，任何溶於水中的鹽分都會迅速析出。如果這發生在反應爐中，那金屬的反應爐內壁就會被一層鹽層覆蓋，這將嚴重腐蝕容器。希克斯表示：「對於任何一種待處理的廢棄物，我們都必須認真研究如何應對這些鹽分的問題。這是一項嚴重的技術障礙。」

事實上，研究如何處理廢棄物中的鹽分也正是由美國宇航局(NASA)與法國國家航天局(CNES)之間合作在國際空間站上開展的一項名為「超臨界水混合實驗」的最終目的。

希克斯說：「在超臨界水研究中，重力會造成複雜的問題。而在國際空間站上則可以擺脫重力的影響，從而專注於從非常本質的角度研究鹽分是如何從超臨界體中析出的。」希克斯是這項研究的首席科學家。他說：「事實上我們甚至有可能研究出如何從中排除這些鹽分幹擾的方法。」

這項實驗藉助法國研製的DECLIC設備進行，該設備安裝在國際空間站終端附近的日本實驗艙段(JEM)內。實驗於2013年7月第一周開始進行。隨後這項實驗將持續一整年，一共進行6輪實驗，每一次實驗持續時間約15天。

這項實驗的結果將具有現實意義。美國海軍已經開始應用超臨界水技術在其部分船艦上進行廢水處理，而美國奧蘭多市則開展了利用超臨界水技術來處理城市垃圾的嘗試。不過，正如希克斯所言：「我們才剛剛開始。」

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